9F燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中黃煙生成原理分析及控制策略

李樂

摘 要：燃?xì)廨啓C(jī)是電廠的重要生產(chǎn)設(shè)備，其正常運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性能夠?qū)Πl(fā)電質(zhì)量與發(fā)電效率產(chǎn)生一定程度的影響。在正常情況下，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的氮氧化物排放量節(jié)本能夠達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)需求，但當(dāng)其中一部分機(jī)組進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃機(jī)余熱鍋爐便會排出一定的黃煙，需要采取有效措施對其進(jìn)行控制。本文就針對9F燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中黃煙生成原理分析及控制策略進(jìn)行研究與分析。

一、9F型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行特點(diǎn)分析

9F型燃?xì)廨啓C(jī)是環(huán)管型結(jié)構(gòu)的燃燒室，共分為上下層，上半層燃燒室與下半層燃燒室的外殼與壓氣機(jī)和透平外缸進(jìn)行一定程度的連接，使其形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。在此型號燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒系統(tǒng)之中，一共包含了20組燃燒器。在運(yùn)行過程中，一部分壓氣機(jī)的排氣會經(jīng)過旁路機(jī)構(gòu)直接向尾筒之中引入。這樣一來，一方面可以對機(jī)組啟動時(shí)的穩(wěn)定性進(jìn)行一定程度的提高，另一方面也可以讀負(fù)載情況下所需的燃料/空氣比進(jìn)行有效的保證。對于燃料空氣比而言，主要由通過旁路彎頭進(jìn)入尾筒的空氣量對其進(jìn)行控制。在特定的負(fù)荷狀態(tài)之下，打開旁路閥，對通過尾筒的空氣流量進(jìn)行一定程度上的增加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對于通過噴嘴空氣流量的減小。燃燒噴嘴設(shè)置于內(nèi)筒的上游，燃料會通過燃料噴嘴進(jìn)入到內(nèi)筒之中，并在內(nèi)筒中與壓縮空氣進(jìn)行一定程度的混合，同時(shí)內(nèi)筒會誘發(fā)紊流促使燃料和空氣進(jìn)行充分的混合。燃料噴嘴采用預(yù)混式多噴嘴形式，它可以對火焰面積進(jìn)行有效增加，進(jìn)而對燃燒的溫度進(jìn)行一定程度的降低，在這種情況下氮氧化物的生產(chǎn)便能夠得以減少。

二、燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中黃煙生成的原理分析

燃料在燃燒的過程當(dāng)中，氮?dú)庠诳諝庵腥紵龝梢欢ǖ牡趸?，氮氧化物的生成主要有三種形式，分別為熱力型氮氧化物、燃料型氮氧化物以及快速型氮氧化物。對于天然氣而言，其所含的氮含量極低，因此當(dāng)其在燃燒時(shí)所產(chǎn)生的燃料型氮氧化物很少，可以忽略;而對于快速型氮氧化物而言，其生成量比熱力型氮氧化物生成量小一個(gè)數(shù)量級，且溫度對其造成的影響也相對較小。綜上所述，天然氣在燃燒過程中所產(chǎn)生的氮氧化物主要是熱力型氮氧化物。一般情況下，燃機(jī)所排放的氮氧化物主要適宜一氧化氮為主，同時(shí)還存在少量的二氧化氮。對于二氧化氮?dú)怏w而言，起初為紅棕色，在經(jīng)過一定程度的稀釋之后轉(zhuǎn)變?yōu)辄S褐色，如果二氧化氮?dú)怏w的濃度較低，則肉眼無法觀察到二氧化氮。當(dāng)二氧化氮在空氣中的濃度達(dá)到了15ppm之上時(shí)，變?yōu)樽攸S色氣體，且可以被肉眼看到，在正常狀態(tài)之下，二氧化氮?dú)怏w的顏色深度隨著濃度的身高而增加。當(dāng)機(jī)組處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，為了避免火焰因燃料不足而出現(xiàn)熄滅的情況，值班噴嘴擴(kuò)散燃燒的燃料相對較多，而主噴嘴的燃料相對較少。在這一狀態(tài)之下，氮氧化物的產(chǎn)出量較多，且二氧化氮的產(chǎn)出比重較大。因此，機(jī)組在處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，余熱鍋爐煙氣中存在黃煙。當(dāng)?shù)趸锾幱?00℃至800℃溫度范圍的環(huán)境中時(shí)，很容易向二氧化氮進(jìn)行轉(zhuǎn)化，同時(shí)需要注意的是只要存在尚未燃燒的碳?xì)浠衔?，二氧化氮的生成量就會出現(xiàn)一定程度上的增加。

三、燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中黃煙控制策略分析

1.控制策略

要相對燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中的黃煙進(jìn)行有效的控制，就必須對燃?xì)廨啓C(jī)現(xiàn)有的燃燒狀態(tài)進(jìn)行一定程度的調(diào)整。在調(diào)整的過程中，必須對燃燒的穩(wěn)定性與機(jī)組的安全性進(jìn)行有效的保證，以此為基礎(chǔ)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的問題，并對燃料的燃燒效率進(jìn)行一定程度的提升。對于燃燒穩(wěn)定性與氮氧化物排放量而言，進(jìn)入燃燒器的燃料量以及空氣量會對其造成決定性的影響。本文論述的燃?xì)廨啓C(jī)中，對于燃料與空氣量的調(diào)整時(shí)分開進(jìn)行，可以采取如下幾個(gè)方面措施策略對煙囪出口的二氧化氮濃度進(jìn)行有效的降低。（1）調(diào)小IGV的開度，促使在同一負(fù)荷下的燃燒溫度得到一定程度的上升，進(jìn)而起到降低二氧化氮含量的作用;（2）將燃燒器旁通閥調(diào)大，對筒內(nèi)的火焰溫度進(jìn)行一定程度的提升，進(jìn)而降低二氧化氮與氮氧化物的比值，使得氮氧化物的含量得到有效的增加，在采用這一策略時(shí)需要注意對運(yùn)行限制進(jìn)行一定程度的考慮，例如回火限制、透平葉片溫度限制等;（3）對值班燃料流量閥以及頂環(huán)燃料流量閥進(jìn)行一定程度的調(diào)整，由此實(shí)現(xiàn)對于氮氧化物排放量的降低。但需要注意的是，采用這一方法進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需要考慮到低頻振動的情況。

2.控制效果

在采用上述措施策略對燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒方式進(jìn)行一定程度的調(diào)整之后，值班燃料控制輸出信號、旁路閥開度預(yù)置曲線、值班噴嘴擴(kuò)散燃燒的燃燒量、主噴嘴的預(yù)混燃燒空燃比都得到了有效的優(yōu)化。進(jìn)而促使火焰穩(wěn)定性、燃燒壓力波動、氮氧化物排放量等燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中所涉及的參數(shù)更為科學(xué)與合理。在這一些策略措施的執(zhí)行下，二氧化氮在氮氧化物中的占比得到了十分顯著的降低，同時(shí)氮氧化物的排放總量也到了有益的限制，對燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中黃煙生成的問題進(jìn)行了有效的解決。

四、結(jié)語

本文主要針對9F燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中黃煙生成原理分析及控制策略進(jìn)行研究與分析。首先對9F型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行了一定程度的闡述，然后在此基礎(chǔ)之上分析了燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中黃煙生成的原理。最后針對這一問題，從調(diào)小IGV的開度、調(diào)大燃燒器旁通閥、調(diào)整值班燃料流量閥以及頂環(huán)燃料流量閥等方面提出了優(yōu)化燃燒方式的策略與措施，經(jīng)過實(shí)踐證明，燃燒方式優(yōu)化之后二氧化氮在氮氧化物中的占比得到很大程度的降低，有效解決了燃機(jī)余熱鍋爐煙氣中黃煙生成的問題。

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